Nachwuchsgruppen für „Künstliche Photosynthese“ und „Nutzung alternativer Rohstoffe zur Wasserstofferzeugung“ (SINATRA)

Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie hat die Bundesregierung einen kohärenten Handlungsrahmen für die künftige Erzeugung, den Transport, die Nutzung und Weiterverwendung dieses wichtigen Energieträgers einer klimaneutralen Gesellschaft geschaffen. Aktuell steht die Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse im Fokus. Eng damit verbunden ist die Mission, Deutschland zu einem führenden Entwickler innovativer Umwelt- und Klimaschutztechnologien zu machen.
Bei der Deckung des Wasserstoffbedarfs wird Deutschland auf Importe angewiesen sein, doch sollten auch nationale Potenziale ausgeschöpft werden. So sind neben dem Ausbau erneuerbarer Energien und von Elektrolysekapazitäten auch regionale und alternative Rohstoffquellen für die Wasserstofferzeugung relevant. Die Herstellung von Chemikalien und chemischen Grundstoffen mit Kohlenstoff aus CO2 mit Hilfe von Sonnenlicht als einziger Energiequelle stellt beispielsweise eine dezentral einsetzbare Technologieoption und Ergänzung zum Elektrolysewasserstoff dar.

Exzellente Nachwuchsforschung
Mit der Förderrichtlinie „SINATRA" werden exzellente Nachwuchsgruppen aus Natur- und Ingenieurwissenschaften gefördert, die sich der Erforschung und Entwicklung von innovativen, integrierten und interdisziplinären Lösungen zu den Themen „künstliche Photosynthese" oder „Nutzung alternativer Rohstoffe zur Wasserstoffherstellung" widmen. Die angestrebten Innovationen sollen die klimaneutrale, dezentrale Energieversorgung unterstützen und dazu beitragen, einen nachhaltigen Kohlenstoffkreislauf im Sinne einer „Nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie" zu verankern.

Forschungsfeld 1 „Künstliche Photosynthese"
Die künstliche Photosynthese dient der Produktion chemischer Energieträger und Wertstoffe unter Verwendung von Sonnenlicht als einziger Energiequelle in integrierten Apparaten und Anlagen. Eine Herausforderung ist dabei die Integration der zum Teil schon sehr weit entwickelten Teilprozesse der künstlichen Photosynthese in ein aufeinander abgestimmtes, funktionierendes Gesamtsystem.
Relevante Fragestellungen für Forschungen sind u.a.:
- verbesserte Einheiten für Lichtabsorption und Ladungstrennung, insbesondere hinsichtlich der Effizienz und Stabilität sowie deren Kopplung an geeignete Katalysatorsysteme;
- Entwicklung von Katalysatoren zur photoinduzierten Wasserspaltung, CO2-Reduktion oder zu anderen Schlüsselreaktionen;
- Entwicklung vielversprechender und integrierter biologischer oder biohybrider Systemlösungen;
- Ansätze zur Verwendung konzentrierten Sonnenlichts in Systemen zur künstlichen Photosynthese;
- Integration der Teilprozesse in ein funktionierendes Gesamtsystem (Fragen der Systemintegration); Entwicklung und Optimierung effizienter, stabiler Systeme zur künstlichen Photosynthese, Prototypenbau, Ansätze zur Skalierung der Technologie.

Forschungsfeld 2 „Nutzung alternativer Rohstoffe zur Wasserstoffherstellung"
In diesem zweiten Themenfeld steht die Entwicklung und Weiterentwicklung von Technologien zur Nutzung alternativer Rohstoffquellen zur Wasserstofferzeugung im Fokus. Auf Rohstoffseite können dabei beispielhaft folgende Arten untersucht werden:
- Kunststoffreste (insbesondere ansonsten nicht rezyklierbare Polymere);
- Schmutz- und Abwasser;
- Nutzung biogener Rest- und Abfallstoffe, außer Anbaubiomasse;
- Sonstige organische Reststoffe, z. B. Flüssigabfälle der chemischen Industrie Denkbar sind beispielsweise Arbeiten zu: Chemical Looping; Plasmalyse; biologische Verfahren.

Wissenschaftliches Querschnittsprojekt
Die Fördermaßnahme wird durch ein wissenschaftliches Querschnittsprojekt begleitet, das organisatorische und inhaltliche Aufgaben wahrnimmt. Wesentliche Ziele sind die Aufbereitung, Synthese und übergreifende Kommunikation von Forschungserkenntnissen der Nachwuchsgruppen im wissenschaftlichen Umfeld, die Begleitung der Vorhaben hinsichtlich techno-ökonomischer Analysen, Nachhaltigkeitsbewertung und Skalierbarkeit, die themenübergreifende Koordinierung sowie die öffentlichkeitswirksame Darstellung der Fördermaßnahme und ihrer Ergebnisse.

Antragsverfahren
Das Antragsverfahren ist laut Bekanntmachung zweistufig angelegt. Anhand bis zum 6. April 2023 eingereichter Projektskizzen erfolgt eine erste Auswahl. (siehe nebenstehende Links zu Antragsformularen)
Beabsichtigt ist, die ausgewählten Antragstellerinnen und Antragsteller zu einer persönlichen bzw. digitalen Präsentation einzuladen. Auf der Grundlage der Bewertung von Projektskizze und Präsentation durch die Gutachterinnen und Gutachter werden die für eine Förderung geeigneten Projektskizzen vom BMBF ausgewählt.

Ansprechpersonen:

Themenfeld 1 „Künstliche Photosynthese"
Dr. Ole Mallow
Telefon: +49 (0) 30/2 01 99-35 94
E-Mail: o.mallow@fz-juelich.de

Themenfeld 2 „Nutzung alternativer Rohstoffe zur Wasserstoffherstellung"
Dr. Katharina Schotten-Welter
Telefon: +49 (0) 2461/61-9745
E-Mail: k.schotten-welter@fz-juelich.de